АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ
Введение. Развитие экологически чистого автотранспорта сопряжено с внедрением в их конструкцию высоковольтных источников и преобразователей электроэнергии. Источники электроэнергии представлены системами хранения и накопления электроэнергии, которые при различных условиях окружающей среды могут иметь различный КПД, что нежелательно.
Цель исследования состоит в формировании схожих проблем, сказывающихся на работоспособности высоковольтных систем хранения и накопления электроэнергии при эксплуатации в таких регионах, как Российская Федерация и Социалистическая Республика Вьетнам.
Методология и методы. Аналитические исследования, проведённые авторами, позволили сделать выводы об актуальных проблемах распространения электромобилей и автомобилей с комбинированными энергоустановками, а также обозначить пути их решения, которые будут наиболее перспективны.
Результаты. Актуальность исследования заключается в рассмотрении проблем внедрения и эксплуатации электромобилей на территории Российской Федерации и Социалистической Республики Вьетнам, схожих для обоих регионов. Несмотря на диаметрально противоположные климатические особенности Вьетнама и России, проблема температурной стабилизации аккумуляторной батареи электрического транспортного средства имеет общий характер и требует комплексного решения. Проанализированы результаты уже имеющегося опыта и показаны негативные моменты, препятствующие развитию экологически чистых транспортных средств в частном секторе.
Практическая значимость. Определены недостатки разработки электрических автомобилей. Поставлен вопрос проблемы эксплуатации электрических транспортных средств и их рабочих характеристик в сложных условиях Российской Федерации и Вьетнама. Данная систематизация позволит создать унифицированные алгоритмы и схемы систем, позволяющие работать как в жарком, так и в холодном климате.
Введение. Тягово-сцепные свойства и проходимость многоцелевых колёсных машин (МКМ) по грунтовым поверхностям зависят как от параметров движителя машин, так и от физикомеханических свойств поверхностей движения. В статье рассматриваются вопросы оптимизации параметров движителей таких машин в зависимости от дорожных условий и физико-механических свойств грунтовой поверхности.
Цель исследования – разработать рекомендации по оптимизации параметров движителя перспективных МКМ, предназначенных для работы и движения по грунтовым поверхностям.
Методология и методы. На основании результатов анализа современных исследований по механике грунтов при приложении к ним динамической нагрузки сформировать комплекс зависимостей, определяющих процесс взаимодействия ведомых и ведущих колёс с грунтовой поверхностью. Основными из них являются сопротивления грунтов сжатию и сдвигу при приложении динамических нагрузок. В качестве метода принято теоретическое исследование тягово-сцепных свойств и проходимости колёсных движителей при движении по грунтовым поверхностям.
Результаты и научная новизна. Результатом проведённых теоретических исследований является разработка вопросов оптимизации движителей проектируемых МКМ, предназначенных для работы и движения по грунтовым поверхностям, и обоснование алгоритма оптимизации. Новизна заключается в том, что при рассмотрении процесса взаимодействия колеса с грунтовой поверхностью применены современные зависимости сопротивлений грунта сжатию и сдвигу, основанные на использовании в качестве коэффициентов в уравнениях, описывающих указанные процессы, реальных величин, отражающих то или иное физическое состояние грунтовой поверхности, в отличие от эмпирических коэффициентов, применяемых в большинстве исследований. Также используется современное представление о замене реального колеса жёстким большего диаметра, что позволяет провести аналитические исследования в широком диапазоне параметров движителя и физико-механических характеристик грунтовой поверхности.
Практическая значимость. Приведённый алгоритм оптимизации позволяет на этапе проектирования движителя колёсной машины определить её тягово-сцепные свойства и проходимость при движении по грунтовой поверхности.
Введение. В настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию наземного вездеходного электротранспорта, в частности колёсных и гусеничных машин с индивидуальным приводом ведущих колёс. При этом научные методы обеспечения подвижности таких машин на этапе проектирования отсутствуют.
Цель исследования – разработать комплекс натурно-математического моделирования, позволяющий проводить имитацию движения колёсной, гусеничной и двухзвенной гусеничной машин в режиме «реального времени» на ЭВМ под управлением человека.
Методология и методы. В работе рассматривается метод выбора потребной механической характеристики индивидуального привода ведущих колёс колёсной, гусеничной, а также двухзвенной гусеничной машины, обеспечивающей требуемый уровень средней скорости в статистически заданных условиях движения.
Результаты и научная новизна. В статье представлены математические модели колёсной, гусеничной и двухзвенной гусеничной машин, на основе которых построен комплекс натурно-математического моделирования. Приведены зависимости, характеризующие взаимодействие движителя с опорным основанием. Описаны основные возможности комплекса натурно-математического моделирования и его состав. Для проведения численных экспериментов был разработан метод синтеза трасс, заключающийся в вычислении дорожной кривизны и коэффициентов взаимодействия с опорным основанием на основе известных статистических данных (корреляционных функций). При выполнении виртуальных заездов группой водителей-операторов производился сбор данных о режимах работы трансмиссии и средней скорости для различной максимальной мощности транспортных машин.
Практическая значимость. Обработка полученной информации позволяет сформировать требования к длительным и кратковременным режимам работы тяговых электродвигателей, а также к необходимой зоне высокого КПД. Предлагаемый метод даёт возможность выбрать характеристики электромеханической трансмиссии с учётом особенностей способа поворота колёсной, гусеничной и двухзвенной машины.
Введение. В конструкции гусеничного движителя применяют поддерживающие катки с внешней резиновой шиной. Долговечность поддерживающего катка лимитируется долговечностью резинового элемента. Причинами разрушения резиновой шины становятся износ внешней поверхности и усталостное разрушение резины. Для оценки величины указанных факторов необходимо знать напряжённо-деформированное состояние резинового элемента внешней шины.
Цель исследования – оценить влияние конструктивных параметров резиновой шины поддерживающего катка, а именно, угла наклона образующей боковой поверхности резинового элемента на его напряжённо-деформированное состояние и работу сил трения в области контакта резинового элемента с беговой дорожкой звена.
Методология и методы. При определении напряжённо-деформированного состояния механические свойства резины при больших деформациях описываются нео-Гуковым потенциалом. Величина радиальной силы, действующей на поддерживающий каток, задаётся с учётом динамических нагрузок при колебаниях свободной ветви гусеницы.
Результаты и научная новизна. Для рассмотренных вариантов конструкции резинового элемента определены: удельная энергия деформации; перемещения поверхности резинового элемента в области контакта с беговой дорожкой; давление в контакте резинового элемента и беговой дорожки; работа сил трения при перемещении резины в области контакта с беговой дорожкой трака. Показано, что области концентрации удельной энергии деформации и области максимальной удельной работы сил трения на поверхности резинового элемента с наклоном образующей боковой поверхности 10° и 15° совпадают.
Практическая значимость. На основании полученных результатов показано преимущество сечения трапецеидальной формы с углом наклона образующей боковой поверхности резинового элемента 20°.
Введение. Карданная передача – мощный генератор крутильных и изгибных колебаний, ощущаемых субъективно как вибрации и воздействующих на собственные узлы и конструктивно связанные с ней механизмы транспортного средства. Крутильные, изгибные и продольные колебания системы «карданная передача» являются основной причиной износа контактирующих поверхностей узлов и их элементов, находящихся под воздействием силовых факторов – нормальных сил и крутящих моментов. Одной из основных причин выхода из строя карданной передачи является износ её узлов и деталей, приводящий к необходимости решения комплекса задач.
Цель исследования – повысить качество карданных передач производства ОАО «Белкард».
Методология и методы. Разработка конструкций карданных передач нового поколения с изменением технологии изготовления их элементов и применением прогрессивных материалов.
Результаты и научная новизна. Новые решения нашли применение в конструкции и технологии изготовления шарнирного узла. Для изготовления крестовин шарнирного узла впервые в практике автомобилестроительных предприятий Союзного государства использована сталь пониженной прокаливаемости 60ПП, в результате получены более высокие технико-экономические показатели шарнирного узла. На современном уровне решена проблема подвижного шлицевого соединения карданной передачи, в конструкции которой использовано антифрикционное полимерное покрытие шлицев и эффективное уплотнение этого соединения. С целью повышения надёжности соединения карданной передачи и сопрягаемых агрегатов разработаны фланец-вилки с торцовыми зубьями. Отмечается, что перспективное направление развития карданных передач – это использование в их конструкциях шарниров равных угловых скоростей и труб карданных валов из полимерных композиционных материалов. Создан автоматизированный виртуальный испытательный комплекс. Приоритет новых конструкций автокомпонентов и разработанных технологий защищён патентами Республики Беларусь, Российской Федерации, Украины.
Практическая значимость. Разработана и утверждена в установленном порядке нормативная документация, регламентирующая технологию изготовления и контроль качества. Новые конструкции типизированы по передаваемому крутящему моменту, размерам шарниров, шлицевым соединениям, присоединительным элементам. Автоматизированный виртуальный испытательный комплекс позволяет сократить сроки разработки новых конструкций карданных передач.
Введение. Объектом исследования является система управления изменением траектории движения автомобиля. Предмет исследования – способы поддержания заданной траектории движения автомобиля на основе метода расчёта динамики твёрдых тел. Исследование влияния трансмиссии и подвески на изменение траектории движения автомобиля не рассматривается и выходит за рамки данной статьи.
Цель исследования – разработать модель управления изменением траектории движения автомобиля на примере двухосного полноприводного грузового автомобиля, включающую подсистемы – трансмиссию, систему подрессоривания и рулевое управление.
Методология и методы. Транспортное средство описывалось как система твёрдых тел, связанных шарнирами и силовыми взаимодействиями из библиотеки типовых элементов программного комплекса. По данному описанию системы программный комплекс автоматически формировал системы уравнений движения и связей. Решение уравнений производилось при помощи неявного численного метода с переменным шагом и с автоматическим контролем точности.
Результаты и научная новизна. В работе рассматривается формирование закона управления углом поворота рулевого колеса для поддержания заданной траектории движения. Приводятся подробное описание разработанной упрощённой модели управления и аналитические зависимости – для настройки параметров модели. Показан пример выбора коэффициентов для её настройки, предложены рекомендации для других типов расчётных режимов. В работе выполнен расчёт одного расчётного случая, соответствующего переставке автомобиля с последующим возвращением в первоначальную полосу движения. На этом примере доказана адекватность работы модели.
Практическая значимость. Разработанная математическая модель может использоваться в системах расчёта динамики твёрдых тел при моделировании автомобилей, управляемых водителем, беспилотных автомобилей и адаптивных систем помощи водителю. Динамические модели используются для расчёта нагрузок на несущую систему автомобиля, детали систем подрессоривания и рулевого управления и т.п.
ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ
Введение. Снижение температур теплонагруженных деталей форсированных перспективных дизелей для повышения их надёжности требует увеличения интенсивности теплоотдачи в их полостях охлаждения. Для этого были созданы теплоносители с увеличенным коэффициентом теплопроводности, представляющие собой устойчивые стабильные двухфазные суспензии на основе водного раствора этиленгликоля и твёрдых наночастиц мультиграфена с высоким коэффициентом теплопроводности.
Цель исследования – численное и экспериментальное определение влияния на теплоотдачу повышенного коэффициента теплопроводности двухфазных теплоносителей «базовая жидкость твёрдые наночастицы мультиграфена» при режимных условиях, характерных при работе системы охлаждения двигателя, которые моделировались на экспериментальной установке и с использованием компьютерного CFD-моделирования. Коэффициенты теплоотдачи от нагретой стенки к базовой жидкости и к двухфазному теплоносителю при повышенном его коэффициенте теплопроводности сравнивались между собой при одинаковых условиях испытания.
Методология и методы. На экспериментальной установке, работающей в условиях стационарного режима теплообмена, измерялись температуры жидкости и металлической стенки испытательной секции. При этом обеспечивалась неизменность параметров, которые имеют место в системах охлаждения двигателей: схема омывания нагретой стенки, конструктивные особенности полости охлаждения, искусственная турбулизация потока жидкости и пр. При определении трёхмерных полей скоростей охлаждающей жидкости по длине испытуемой секции, а также температур жидкости и стенки в любой точке расчётной модели выполнялась численная оценка коэффициента теплоотдачи для теплоносителей компьютерным моделированием по методу вычислительной гидродинамики (CFD).
Результаты. Установлено влияние на теплоотдачу повышенного коэффициента теплопроводности теплоносителей с частицами мультиграфена. Наличие наночастиц мультиграфена в суспензии, имеющей коэффициент теплопроводности 0,85 Вт/м·К, привело к увеличению интенсивности теплоотдачи на 30% по сравнению с базовой жидкостью. Полученные экспериментальные результаты были обработаны в числах подобия, что позволило получить критериальное уравнение для теплоотдачи при вынужденной конвекции и турбулентном режиме течения суспензий «жидкость – твёрдые частицы».
Научная новизна обусловлена получением новых данных по теплоотдаче от нагретой стенки к двухфазным теплоносителям «базовая жидкость – твёрдые наночастицы мультиграфена», а также предложением нового критериального уравнения для расчёта интенсивности теплоотдачи в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания при применении таких двухфазных теплоносителей с увеличенным коэффициентом теплопроводности.
Практическая значимость результатов работы заключается в повышении надёжности и обеспечении работоспособности перспективных форсированных двигателей за счёт снижения высоких температур деталей, ограничивающих камеру сгорания. Повышение интенсивности теплоотдачи в систему охлаждения позволит снизить объём охлаждающей жидкости в контуре и улучшить массогабаритные и теплоэнергетические характеристики теплообменных аппаратов системы.
Введение. В качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания могут применяться следующие газы: пропан, бутан, метан. В зависимости от состояния, в котором находится газ, будут различаться системы топливоподачи двигателя. В настоящее время принято выделять шесть поколений топливных систем, которые применяются для подачи газового топлива в двигатель.
Цель исследования – провести исследование газовых топлив и современной (шестое поколение газобалонного оборудования (ГБО)) газовой топливной системы с возможностью её работы по газодизельному процессу. Выполнить моделирование рабочего процесса газодизельного двигателя с целью исследования технико-экономических показателей работы двигателя.
Методология и методы. Исследование проводилось математическими методами и методом натурного эксперимента.
Результаты и научная новизна. Проведён сравнительный анализ свойств газов, применяемых в двигателях внутреннего сгорания в качестве топлива. Рассмотрена современная топливная система газового двигателя и вариант её работы по газодизельному процессу. Выполнено моделирование рабочего процесса газодизельного двигателя. Результаты расчётного исследования подтверждаются данными, полученными в ходе натурного эксперимента (испытания двигателя ГД-243).
Практическая значимость. Предложен вариант работы современной (шестое поколение ГБО) топливной системы по газодизельному процессу (новый объект), а также получена новая зависимость влияния величины запальной порции дизельного топлива на низшую теплоту сгорания единицы смеси (к примеру, 1 кг) газового (пропан-бутан) и дизельного топлив, и, как следствие, на мощность и расход топлива двигателя. Полученные результаты могут быть интересны специалистам в соответствующем направлении.
